4. 链接脚本与内存布局：.lds 详解与段配置

链接脚本，说白了就是告诉链接器：你的代码该放哪儿，数据该放哪儿。很多做应用层开发的同事第一次看到 .lds 文件时，会觉得这玩意儿跟天书似的。但我跟你说，搞 Bootloader 如果不懂链接脚本，那就像开车不看仪表盘——能跑，但迟早要出事。

我记得刚入行那会儿，接手一个 STM32 的 Bootloader 项目。代码写好了，编译通过，下载运行——直接死机。查了两天，最后发现是链接脚本里 RAM 起始地址写错了。从那以后，我养成了一个习惯：拿到一个新平台，第一件事就是先把 .lds 文件从头到尾读一遍。

4.1 链接脚本的核心语法

GNU LD 的链接脚本，语法其实不复杂。核心就几个关键字：ENTRY、MEMORY、SECTIONS。咱们一个一个说。

4.1.1 ENTRY：程序入口

这个最简单。告诉链接器，程序的第一条指令在哪儿。对于 Bootloader 来说，入口通常是复位向量：

ENTRY(Reset_Handler)

嗯，这里要注意：ENTRY 只是给链接器一个提示。真正决定 CPU 从哪里开始执行的，是芯片硬件规定的启动地址。比如 Cortex-M 系列，上电后从 0x00000000 取栈指针，从 0x00000004 取复位向量。所以 ENTRY 更多是给调试器和反汇编工具看的。

4.1.2 MEMORY：定义内存区域

这个就关键了。你得告诉链接器，芯片上有哪些内存区域，它们的起始地址和大小是多少。

MEMORY
{
    FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K
    RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
}

属性 rx 表示可读可执行，rwx 表示可读可写可执行。我见过有人把 FLASH 写成 rwx，虽然也能编译通过，但总觉得心里不踏实。

注意：Bootloader 和应用程序通常共用同一片 FLASH 和 RAM。你需要给 Bootloader 划分专用的区域，不能越界。我曾经见过一个项目，Bootloader 写到了应用程序的区域，结果一升级就把自己给覆盖了——嗯，那场面，挺尴尬的。

4.1.3 SECTIONS：段布局

这才是重头戏。SECTIONS 命令定义了各个段（.text、.data、.bss 等）如何放置到 MEMORY 定义的内存区域中。

SECTIONS
{
    . = ORIGIN(FLASH);
    
    .text :
    {
        KEEP(*(.isr_vector))
        *(.text*)
        *(.rodata*)
        . = ALIGN(4);
        _etext = .;
    } > FLASH
    
    .data : AT(_etext)
    {
        _sdata = .;
        *(.data*)
        . = ALIGN(4);
        _edata = .;
    } > RAM
    
    .bss :
    {
        _sbss = .;
        *(.bss*)
        *(COMMON)
        . = ALIGN(4);
        _ebss = .;
    } > RAM
}

这段代码，我闭着眼睛都能写出来。但每个符号的含义，你得搞清楚：

.：当前位置计数器。你可以手动赋值，比如 . = 0x20000000。
KEEP：告诉链接器，这个段即使没人引用也要保留。中断向量表就是典型的例子。
ALIGN(4)：4 字节对齐。ARM 架构下，大部分指令和数据都需要对齐，否则可能触发异常。
_etext、_sdata 等：这些是链接器导出的符号，C 代码里可以用 extern 声明后直接使用。

4.2 代码段、数据段、BSS 段的布局

咱们把这三个段拆开来看。每个段都有它的脾气。

4.2.1 .text：代码段

存放程序指令和只读常量。在 Bootloader 里，这部分通常放在 FLASH 中。为什么？因为 FLASH 是非易失性的，掉电不丢失。

我个人习惯把中断向量表放在最前面，紧跟着是复位处理函数，然后是其他代码。这样布局清晰，调试的时候也容易定位问题。

    关键点：.text 段在 FLASH 中运行。虽然 Cortex-M 支持从 RAM 执行代码，但 Bootloader 一般不需要这么干——除非你要做在线升级时的代码覆盖。

4.2.2 .data：已初始化数据段

这个段有点特殊。它存储的是有初始值的全局变量和静态变量。比如：

int g_counter = 100;  // 这个变量在 .data 段
static int s_flag = 1; // 这个也在 .data 段

问题是：这些初始值在编译时就已经确定了，它们被存放在 FLASH 中。但变量本身需要在 RAM 中才能读写。所以链接脚本做了个巧妙的设计：

加载地址（LMA）：在 FLASH 中，紧跟在 .text 后面。
运行地址（VMA）：在 RAM 中。

启动代码必须负责把 .data 段从 FLASH 拷贝到 RAM。这就是为什么你会在汇编启动文件里看到一段循环拷贝的代码。

// 启动代码中的 .data 段拷贝
extern uint32_t _sdata, _edata, _etext;
uint32_t *src = &_etext;
uint32_t *dst = &_sdata;
while (dst < &_edata) {
    *dst++ = *src++;
}

嗯，这里有个坑：如果你忘了拷贝 .data 段，或者拷贝的地址算错了，那所有带初始值的全局变量都是垃圾值。我调试过的一个项目，串口打印乱码，查了半天发现是 .data 段没拷贝——波特率配置变量是 0。

4.2.3 .bss：未初始化数据段

存放未初始化或初始化为 0 的全局变量和静态变量。比如：

int g_buffer[1024];    // 在 .bss 段
static int s_count;    // 也在 .bss 段

.bss 段不占用 FLASH 空间，只在 RAM 中占位置。启动代码需要把它清零：

extern uint32_t _sbss, _ebss;
uint32_t *dst = &_sbss;
while (dst < &_ebss) {
    *dst++ = 0;
}

小技巧：有些芯片的 RAM 上电后默认就是 0，但千万别依赖这个。不同芯片、不同温度下，RAM 的初始值可能不一样。老老实实写清零代码，别偷懒。

4.3 栈与堆的配置

栈和堆，这两个概念搞嵌入式的都不陌生。但在链接脚本里，它们是怎么配置的？

4.3.1 栈（Stack）

栈用于函数调用、局部变量、中断现场保存。Cortex-M 使用满递减栈，栈指针 SP 指向栈顶。

在链接脚本中，栈通常不直接定义，而是在汇编启动文件中设置：

; 汇编启动文件中的栈定义
Stack_Size      EQU     0x00001000

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

但链接脚本需要确保栈所在的 RAM 区域足够大，并且不与 .data 和 .bss 段冲突。

我个人习惯把栈放在 RAM 的最高地址。为什么？因为栈是向下生长的，放在最高处可以最大化可用空间。而且如果栈溢出，它会先覆盖到未使用的区域，而不是直接踩到全局变量。

避坑指南：我曾经在一个项目中，把栈大小设成了 256 字节。结果函数嵌套调用一深，栈就溢出了，程序跑飞。后来用 __builtin_frame_address 调试才发现。建议 Bootloader 的栈至少 1KB，如果用到文件系统或网络协议栈，4KB 起步。

4.3.2 堆（Heap）

堆用于动态内存分配（malloc/free）。在 Bootloader 中，我建议尽量少用堆。原因很简单：

堆管理有开销，影响实时性。
碎片问题难以预测。
如果 malloc 失败，错误处理很麻烦。

如果非要用，可以在链接脚本中定义堆的起始和结束地址：

_heap_start = .;
_heap_end = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM);

然后在 C 代码中实现 _sbrk 函数：

extern uint32_t _heap_start, _heap_end;
void *_sbrk(int incr) {
    static uint32_t *heap_ptr = NULL;
    if (heap_ptr == NULL) heap_ptr = &_heap_start;
    uint32_t *prev = heap_ptr;
    heap_ptr += incr;
    if (heap_ptr > &_heap_end) return (void*)-1;
    return prev;
}

4.4 完整的内存布局图

说了这么多，咱们用一张图来总结一下典型的 Bootloader 内存布局：

4.5 实战：自定义链接脚本的注意事项

最后，分享几个我在实际项目中踩过的坑：

对齐问题：ARM 架构要求某些段必须对齐到 4 字节或 8 字节边界。忘了写 ALIGN，可能触发硬件异常。
符号冲突：不同目标文件中的同名段会被合并。如果你有两个 .text 段，链接器会报错。
内存重叠：检查 MEMORY 定义是否有重叠区域。我见过有人把 FLASH 和 RAM 的地址写反了，编译通过，运行直接 HardFault。
栈大小估算：Bootloader 的栈大小可以通过分析函数调用深度来估算。保守起见，先设大一点，然后通过 __stack_chk_guard 或填充模式来检测实际使用量。

调试技巧：编译后查看 .map 文件，里面详细记录了每个段的起始地址、大小和链接过程。我每次修改链接脚本后，第一件事就是检查 .map 文件，确认布局是否符合预期。

链接脚本这东西，说难不难，说简单也不简单。关键是要理解它背后的逻辑：代码放哪儿，数据放哪儿，启动时怎么初始化。搞清楚了这些，你就能随心所欲地控制 Bootloader 的内存布局了。

📚 课程目录

4. 链接脚本与内存布局：.lds 详解与段配置

4.1 链接脚本的核心语法

4.1.1 ENTRY：程序入口

4.1.2 MEMORY：定义内存区域

4.1.3 SECTIONS：段布局

4.2 代码段、数据段、BSS 段的布局

4.2.1 .text：代码段

4.2.2 .data：已初始化数据段

4.2.3 .bss：未初始化数据段

4.3 栈与堆的配置

4.3.1 栈（Stack）

4.3.2 堆（Heap）

4.4 完整的内存布局图

4.5 实战：自定义链接脚本的注意事项